Introductie

In nauwe samenwerking met het Erasmus Medisch Centrum in Rotterdam onderzoekt Femto Engineering de mogelijkheid om de oriëntatie en locatie van vezels op te nemen in een eindig-elementenmodel van slagaders. Het doel van deze simulaties is het voorspellen van mogelijke scheuringen van weefsel in geval van atherosclerose.

Probleemstelling

Atherosclerose is de ophoping van ontstekingscellen en vet materiaal in de slagaderwand. Breuk van atherosclerotische plaques, die door dit proces worden gevormd, is de hoofdoorzaak van het merendeel van plotselinge hartaanvallen en beroertes. Eindige-elementenmodellen van atherosclerotische slagaders kunnen worden gebruikt om de spanningsverdeling in plaques te berekenen en mogelijk de potentiële plaqueruptuur te voorspellen. Het toekomstige doel is de mechanische spanningsverdeling in atherosclerotische slagaders met behulp van deze techniek snel en betrouwbaar te evalueren. De modellen zullen medisch personeel meer informatie verschaffen over de kwetsbaarheid van de plaque en hen in staat stellen te beslissen of zij een patiënt al dan niet moeten opereren.

Benadering

Tot nu toe werden atherosclerotische plaquecomponenten gemodelleerd uitgaande van isotroop materiaalgedrag. Met biomedische beeldvormingstechnieken is echter aangetoond dat het plaqueweefsel vezelachtig materiaal bevat met een voorkeursoriëntatie die afhangt van de plaats binnen de plaque. De aanwezigheid van deze vezels zal het mechanisch gedrag van de plaque en dus de nauwkeurigheid van het model sterk beïnvloeden. Daarom is het belangrijk een manier te vinden om de oriëntatie en de locatie van de vezels op te nemen in de eindige-elementenmodellen die worden gebruikt om de spanningsverdeling in de plaque te berekenen.

Met behulp van MRI-scantechnieken is het Erasmus MC in staat de locatie en oriëntatie van vezels uit slagaders en plaques te extraheren. Deze gegevens worden door Femto Engineering verwerkt tot een ‘meshbare’ geometrie. Het is belangrijk dat dit proces de werkelijke, complexe vorm van de plaque niet vereenvoudigt. De geometrie wordt vervolgens gescheiden in de belangrijkste arteriële componenten, elk met individuele materiaaleigenschappen.

Conclusie

Een anisotroop materiaalmodel, namelijk het Holzapfel-Gasser-Ogden-model, is in staat het karakteristieke materiaalgedrag van plaquecomponenten te simuleren. Dit model wordt gebruikt voor de vezelige delen van de slagader en de plaque. Voor sommige slagaders volstaat het een enkele vezelfamilie te definiëren met één of meer dominante richtingen per component. De meeste atherosclerotische plaques vertonen echter een complexere vezelstructuur. Voor deze plaques moet de vezelstructuur per element worden gedefinieerd. Met het oog op het beoogde doel van de FEA-resultaten onderzoekt Femto Engineering de automatisering van de processen voor het genereren van de geometrie en het opvragen van de vezelstructuur.